小脑的新发现:表面积直追大脑达到大脑的80%

小脑长期以来不论在医疗、科学、健康、教育等许多领域都备受忽略,会产生这种现象其实并不让人感到意外。乍看之下,小脑实在不怎么出色,体积不大只有大脑的十分之一、位置也不好在大脑后边下方、功能好像不是很重要,很长一段时间认为小脑的功能就是协调肌肉、维持平衡。说小脑是脑部的边缘份子似乎也不过份。不过愈来愈多研究发现小脑的功能可不只是协调肌肉、维持平衡,甚至参与许多进阶的认知功能,从思考、感觉到情感都有。

小脑的新发现:表面积直追大脑达到大脑的80%

小脑皮质的表面积相当惊人

小脑之所以会成为镁光灯的焦点,与脑部神经细胞的研究有点关系,科学家发现小脑的神经细胞数目是大脑的好几倍。神经细胞负责传递神经讯息的主要功能,让科学家不禁怀疑小脑可能参与重要运作。美国圣地亚哥州立大学(San Diego State University) 、英国伦敦大学学院(University College London) 的科学家与荷兰、加拿大的团队合作,使用超高强度的核磁共振成像(MRI) 扫描小脑,加上特制可以更即时修正程序问题的开放原始码电脑影像软件来重新建构小脑皮质。

他们以电脑描绘出小脑皱折表面,这款特制的影像软件可以把小脑皮质的每一个小叶展开摊平,计算过后发现人类小脑皱折的表面积达到1590 平方公分,有将近大脑皮质的80%,以相同的仪器和技术建构猕猴的小脑皮质,却只有大脑表面积的30%。

小脑渐渐受到科学家重视

发现小脑的表面积将近大脑的80%让许多科学家大跌眼镜。小脑的体积只有大脑的十分之一,原本假设小脑皮质的折叠方式与大脑相似,预期小脑的表面积应该会是大脑的10%,没想到实际上小脑的表面积居然将近大脑的80%。这表示小脑皮质折叠的方式非常复杂,让它的表面积大幅增加,难怪小脑的神经细胞数目会有这么多。通过猕猴与人类小脑皮质表面积的差异来分析,可以用来推测人类小脑的功能。一方面猕猴与人类的基因相似度很高,另一方面分析比较人类与猕猴、猩猩的标本、化石,发现人类的小脑体积增加幅度比大脑更多。小脑很有可能在人类独特的行为像制做工具、语言方面扮演重要的角色。

这并不是第一次得到小脑的扫描影像,只不过小脑以十分复杂的方式折叠,上方又有大脑挡着,使得之前得到的小脑扫描影像不大清楚。通过先进科技的帮助,超高强度的核磁共振成像可以非常清晰呈现小脑的表面,同时位置更加准确,像是一幅精密的地图。大脑与小脑虽然有许多相似的地方,却有几个地方不大一样。大脑皮质区域的排列方式和所代表的身体部位十分相似,常常是并排或有一定的次序,在大脑皮质运动区,嘴唇的旁边是鼻子与下巴。

但是小脑皮质所代表的身体不同区域排列却像是打散弄乱的拼图,没有规律可言,嘴唇旁边是肩膀,甚至没有感觉区,视觉、听觉、触觉都没有。虽然小脑皮质对照身体的区域图看起来似乎杂乱没有规律,却可以协助人们进行抽象思考、处理进阶概念像是数学方程序。当我们在撰写专业文章需要解释概念,小脑就会从许多不同的地方调出我们所需要的资讯。

先前研究也发现小脑是控制脑部奖赏系统回路的小帮手。科学家找出从小脑直接连到脑部与奖赏系统神经讯息处理、编码有关的区域。小脑除了负责身体的动作,主要功能其实是协助人们思考、计画、做决定、集中精神。此外,小脑对酒精十分敏感,这也难怪为什么喝醉的人,走起路来不但歪七扭八,判断能力也变得很差。

对于小脑皮质表面更精确、清晰的地图为科学家的未来研究增加许多不同可能。了解小脑在控制奖赏系统、社交行为所扮演的角色对身心症患者脑部回路的研究带来新的亮光,或许可以找出治疗自闭症、思觉失调、上瘾的方法。另外之前就发现大脑与小脑中间有许多神经连结。对于这些神经连结从大脑的那些地方出去、相关区域的功能已有不少研究,然而到底连接到小脑那些地方?这些部位的功能又是什么却仍然不大清楚。小脑研究成为神经科学非常有潜力的新领域,解开这些谜团将是科学家未来努力的新方向。

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